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基于转子复合线圈结构的无刷双馈电动机起动研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 无刷双馈电机的发展历史

1.2 无刷双馈电机的国内外发展现状

1.3 课题的来源

1.4 无刷双馈电机的应用前景

1.5 绕线式无刷双馈电机的研究意义

1.6 本文所做的主要工作

第二章 无刷双馈电机的基本原理与结构

2.1 无刷双馈电机的工作原理

2.2 无刷双馈电机的运行方式

2.3 无刷双馈电机的双馈运行方式

2.4 无刷双馈电机的发电运行方式

2.5 无刷双馈电机尺寸和电磁设计的理论依据

2.6 无刷双馈电机定子绕组结构

2.7 无刷双馈电机的转子结构设计

2.7.1 特殊笼型转子结构

2.7.2 磁阻转子结构

2.7.3 绕线转子结构

2.8 本章小结

第三章 绕线式无刷双馈电机的数学模型与等效电路

3.1 绕线式无刷双馈电机的静止坐标系数学模型

3.2 绕线式无刷双馈电机的d-q轴数学模型

3.3 绕线转子无刷双馈电动机的等效电路

3.4 无刷双馈电机的能量流动关系

3.5 本章小结

第四章 无刷双馈电机变极起动设计原理

4.1 复合线圈的基本概念

4.2 复合线圈的工作原理

4.3 具体定转子绕组的设计方案

4.3.1 绕线转子无刷双馈电机极对数的选择

4.3.2 无刷双馈电机槽配合条件

4.3.3 转子复合线圈的布线原则

4.3.4 定转子绕组设计实例

4.4 本章小结

第五章 新型起动样机的仿真和实验

5.1 绕线式无刷双馈电机的参数计算

5.1.2 电抗的计算

5.2 有限元模型的建立

5.3 无刷双馈电动机样机实验平台

5.4 绕线式复合线圈结构无刷双馈电动机仿真与实验对比

5.5 本章小结

第六章 全文总结与后续工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

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摘要

无刷双馈电机是在串级感应电机的基础上发展起来的一种新型交流电机,其本质上是一种异步电机。由于无刷双馈电机在变频调速、风力发电、船舶轴带发电等领域中具有广泛的应用前景,使得对其展开深入的研究具有重要的意义。它结构上不同于一般的感应电机,取消了滑环和电刷,定子上有两套绕组,靠特殊结构的转子进行气隙磁场的调制。已有文献表明,无刷双馈电机的转子结构是影响其性能的关键因素。对比转子绕组的笼型、磁阻型和绕线型等几种主要结构的设计方案可知绕线式转子具有更加灵活的绕组排列方式,可以通过合理地设计转子两种基波绕组系数来削弱其它无用谐波等优点,有着良好的谐波控制性能和较高的效率。然而绕线式无刷双馈电机的起动性能受到转子绕组等效阻抗的影响较大,且少有人对其展开研究,为满足电机需要频繁起动的要求,本文针对绕线式无刷双馈电机从定转子绕组的结构上展开了深入的探讨。
  首先,在总结无刷双馈电机发展史与国内外研究现状的基础上给出绕线式无刷双馈电机的研究意义与现存的缺陷。
  其次,通过介绍绕线式无刷双馈电机的工作原理与多种运行方式,给出无刷双馈电机适用于变速恒频恒压驱动、风力发电、船舶牵引发电的理论依据,并对比分析了定转子绕组的设计方案。为进一步分析无刷双馈电机电磁转矩和转速的影响因素,借鉴已有理论,推导出绕线式无刷双馈电机的静止坐标系下和d-q轴下的数学模型、电动机运行模式下的稳态等效电路,为接下来复合线圈结构的无刷双馈电机起动原理的推导做好准备。
  最后,详尽地阐述复合线圈的结构与工作原理和设计思路与原则,在理论推导的基础上,分别给出定子54槽、转子36槽,2/4对极,定子36槽、转子24槽,2/4对极变极起动绕组接线实例且对其进行相应的谐波分析,设计出一台定子36槽、转子24槽,2/4对极变极起动无刷双馈电动机样机,采用有限元方法对其不同起动方式下的性能进行仿真,并通过对样机采取实验措施验证理论分析和仿真的正确性。
  本文对于绕线式无刷双馈电机起动性能的研究对于无刷双馈电机的设计具有一定的指导意义。

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